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能够实时监测大脑细胞外催产素动态变化的荧光传感器问世

2022-10-14 17:22:412100

来源:仪器网 作者:羊舌木

  【仪器网 行业要闻】我们都知道,催产素有着能够刺激乳腺分泌乳汁,在分娩过程中促进子宫平滑肌的收缩,促进母爱的作用。然而,这并不是催产素唯一的作用,事实上,催产素还能够降低人体内肾上腺素酮等工作压力生长激素的水平,以降低血压。
 
  催产素是一种由室旁核和下丘脑视上核中的神经元产生的神经肽,用来调节外周组织和中枢神经系统的许多生理过程。催产素神经元主要将轴突发送到垂体后叶,在那里催产素作为促进分娩和哺乳的外周激素释放到外周循环中。此外,催产素神经元的轴突投射到许多其他大脑区域,以此释放催产素以调节各种生理功能,例如感觉处理、进食控制、社会认知和情绪。除了作为内源性配体的作用外,催产素也已成为一种潜在的精神疾病治疗剂。
 
  但是时至今日,大脑中催产素的动态变化与动物复杂行为之间的关系仍研究较少,其部分原因是由于缺乏合适的技术能够在体内进行实时检测。目前可用的方法,如微透析和基于报告基因的检测都有着一定的局限性,特别是在时间分辨率方面。
 
  因此,在这样的情况下,急需能够动态监测脑催产素的技术出现。日前,来自日本金泽大学医学研究生院的Daisuke Ino助理教授研究团队开发了一种名为MTRIAOT灵敏荧光催产素传感器,这种传感器能够检测小鼠大脑中的多种催产素动力学
 
  这是一种基于G蛋白(鸟苷三磷酸结合蛋白)偶联受体的绿色荧光催产素传感器。他们选择青鳉OTR (meOTR)作为荧光传感器的支架,并且通过三个筛选步骤,分别得到了OT-1.0、OT-2.0和OT-3.0。筛选后的最终产物OT-3.0在100 nM OT刺激下具有约720%ΔF/F0荧光响应,并能被OTR拮抗剂所抑制
 
  对PM的最佳靶向性( HEK293T) 细胞中OT-1.0对OT-3.0的剂量依赖性荧光反应的表征表明,其筛选改善了荧光反应的动态范围,对半最大有效浓度(EC50)值几乎没有改变。研究人员将OT-3.0的荧光模块命名为MTRIA,并将其更名为MTRIAOT
 
  研究人员还对该催产素传感器进行了体内验证,他们使用腺相关病毒 (AAV),在OTR表达水平较高的前嗅核(AON)表达MTRIAOT,并进行光纤测定记录。他们在脑室内输注不同剂量催产素检测到在0.2ug及以上剂量的刺激下,荧光强度显著增加,表明MTRIAOT能够实时检测活体大脑中的胞外催产素变化
 
  此外,他们还通过光诱发AON中催产素的释放,发现随着刺激激光功率的增加,且其在体内的动力学特性时间常数足够稳定,说明MTRIAOT可用于测量体内内源性催产素释放具有高灵敏度和快速动力学。并且还发现,社交互动中MTRIAOT的荧光信号逐渐增加,其特征是上升时间常数为~1分钟,而在提起鼠尾后(应激反应),MTRIAOT信号迅速上升,达到峰值信号值的平均时间约为6s。证明了MTRIAOT检测能在几秒钟内迅速出现催产素响应的实用性
 
  研究人员还发现,麻醉对大脑催产素水平具有抑制作用,并且食物剥夺会干扰催产素振荡,研究人员将这种现象命名为“催产素湍流”,并且随着年龄的增长,催产素振荡反应的频率也会逐渐减缓
 
  该研究通过结合病毒基因传递并利用光纤光度介导的荧光测量,试验了该传感器在活体小鼠中实时检测大脑催产素动态变化的功能,并表明催产素的动态变化受动物的行为环境和物理条件等因素影响,该传感器使各种生理和病理过程中进行催产素动态分析成为可能。
 
  我们可以注意的是,通过MTRIA系统,几乎30%的工程传感器在高浓度的特异配体刺激下显示出显著的荧光增加,这项发现将有助于加速各种基于GPCR传感器的工程开发。该研究成果于近日发表在《Nature Methods》上,题为:A fluorescent sensor for real-time measurement of extracellular oxytocin dynamics in the brain。
 
  (资料参考来源:科技部生物中心、自然方法)

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